保障协同中继网络安全性的协作干扰与机会式传输技术研究

The complex network architecture, numerous nodes, more open resources and frequent information interaction, make the security of the cooperative relay network be confronted with more challenges. The physical layer security technology can make full use of the complex space and time-varying characteristics of the channel in the cooperative relay networks, and realize the security of information transmission. The two research aspects of the safety transmission scheme design and performance analysis will be carried out in this project. First, for a variety of types of cooperative relay networks, the low-complexity cooperative jamming technology based on artificial noise aided precoding will be studied, and then the limited feedback scheme will be designed under the condition of the partial legitimate channel state information based on the security rate optimal criterion. Second, to achieve the good tradeoff of realization complexity and security performance, high efficient opportunistic transmission schemes based on the statistical channel state information are proposed, including opportunistic relay, opportunistic source, antenna selection and the integration schemes, thus the physical layer security performance will be further improved by fully utilizing the selection diversity gains. Finally, the security performances of cooperative relay networks will be thoroughly analyzed in Nakagami-m fading channels from the aspects of network architecture models, types of relay, antenna configurations, power allocation, transmission schemes and etc., which will lay theoretical basis for the design of security transmission schemes in the cooperative relay networks.

复杂的网络结构、众多的节点数目、更加开放的资源和频繁的信息交互，使协同中继网络的安全性面临更大的挑战。物理层安全技术可充分利用协同中继网络复杂的信道空间特性和时变特性，实现信息传输的安全性。本课题拟从安全传输方案设计和安全性能分析两方面进行研究。首先，针对多种类型的协同中继网络，研究低复杂度的基于人工噪声辅助预编码的协作干扰技术，并基于安全速率最优准则设计部分合法信道状态信息情况下的有限反馈方案；其次，为在实现复杂度和安全性能两方面获得良好的折中，提出了高效的基于统计窃听信道状态信息的机会式安全传输方案，包括机会式中继、机会式信源和天线选择及其融合方案，充分利用选择分集增益进一步改善网络物理层安全性能；最后，从网络结构模型、中继类型、天线配置、功率分配和传输方案等多个方面系统地分析协作中继网络在Nakagami-m衰落信道下的安全性能，为协同中继网络的安全传输方案的设计奠定理论依据。

复杂的网络结构、众多的节点数目、更加开放的资源和频繁的信息交互，使协同中继网络的安全性面临更大的挑战。物理层安全技术可充分利用协同中继网络复杂的信道空间特性和时变特性，实现信息传输的安全性。本课题从安全传输方案设计和安全性能分析两方面进行了研究。研究内容和重要结果包括三方面：1. 针对多种类型的协同中继网络，研究低复杂度的基于人工噪声辅助预编码的协作干扰技术，并基于安全速率最优准则设计了部分合法信道状态信息情况下的有限反馈方案；2. 为在实现复杂度和安全性能两方面获得良好的折中，提出了无需窃听信道状态信息的机会式安全传输方案，包括机会式中继和天线选择及其融合方案，充分利用选择分集增益进一步改善网络物理层安全性能；3. 从网络结构模型、中继类型、天线配置、功率分配和传输方案等多个方面系统地分析了协作中继网络在Nakagami-m衰落信道下的安全性能，揭示了关键系统参数对安全性能的影响。项目研究成果对阐明协同中继网络的安全传输机理具有重要意义，为安全传输方案的设计奠定理论依据。